JP2003121070A - 空気液化分離用空気の精製装置および方法 - Google Patents

空気液化分離用空気の精製装置および方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 空気液化分離用空気を精製するにあたり、窒
素酸化物および／または炭化水素を効率よく除去するこ
とができる精製装置および方法を提供する。 【解決手段】 空気中に含まれる水分を選択的に吸着す
る吸着剤からなる第１吸着層７ａ、８ａと、第１吸着層
７ａ、８ａを経た空気中の窒素酸化物および／または炭
化水素を選択的に吸着する吸着剤からなる第２吸着層７
ｂ、８ｂとを備えた吸着筒７、８を有する吸着器４を備
え、第２吸着層７ｂ、８ｂを構成する吸着剤が、イオン
交換可能なカチオンとしてマグネシュームを含むＸ型ゼ
オライトである。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、空気を低温蒸留す
ることにより窒素と酸素を分離する空気液化分離に原料
として用いられる空気を精製する装置および方法に関
し、特に、原料空気中の窒素酸化物および／または炭化
水素を効率よく除去することができる精製装置および方
法に関する。
【０００２】
【従来の技術】窒素、酸素、アルゴンなどを製造するに
は、空気を低温蒸留により分離する空気液化分離が行わ
れている。原料となる空気を空気液化分離に供給するに
あたっては、微量の不純物を除去することを目的とし
て、原料空気の精製が行われている。原料空気の精製で
は、主に水と二酸化炭素が除去される。液化分離の際に
は、窒素より沸点が高い酸素を液化させて分離するた
め、分離された液化酸素中に、酸素よりも高沸点の物質
である窒素酸化物（例えば一酸化二窒素（Ｎ２Ｏ））や
炭化水素が濃縮することがある。窒素酸化物および炭化
水素は、低温下で固化し、熱交換器、蒸留塔内に蓄積
し、これらを閉塞するおそれがある。またこれらが液化
酸素中で爆発の原因となるのを未然に防ぐ必要がある。
このため、原料空気の精製に際しては、安全性確保の観
点から、窒素酸化物および炭化水素を除去し、これらが
濃縮されるのを防ぐことが要望されている。窒素酸化物
および炭化水素を除去する技術としては、ゼオライトな
どからなる吸着剤を用いて、これらを吸着除去する方法
がある。
【０００３】特開２０００−１０７５４６号公報には、
それぞれ水分、二酸化炭素、一酸化二窒素に対応した３
種類の吸着剤からなる第１〜第３吸着層を積層した吸着
筒を用いて、水分、二酸化炭素、一酸化二窒素を除去す
る装置が開示されている。一酸化二窒素を除去する吸着
剤としては、カルシューム交換Ｘゼオライト、ナトリュ
ームモルデン沸石、バリウム交換ゼオライト、バインダ
ーレスカルシューム交換ゼオライトが例示されている。
また、特開２０００−１４０５５０号公報には、空気中
の一酸化二窒素の少なくとも一部をフォージャサイト型
ゼオライトを含有する吸着剤で除去する装置が開示され
ている。また、特開２００１−１２９３４２号公報に
は、水分、二酸化炭素を除去した後の空気中の窒素酸化
物と炭化水素を吸着剤を用いて除去する装置が開示され
ている。この吸着剤としては、Ｓｉ／Ａｌ比率が０．９
〜１．３の範囲であり、カルシュームイオンと他のイオ
ンの混合物を含むＸ型ゼオライトが挙げられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術では、窒素酸化物や炭化水素（特に不飽和炭化水
素以外のもの）を効率よく除去するのが難しいのが現状
であり、窒素酸化物や炭化水素を効率的に除去すること
ができる技術が要望されていた。特に、安全性確保の観
点から、一酸化二窒素（Ｎ２Ｏ）の除去技術の確立が強
く望まれていた。本発明は、上記事情に鑑みてなされた
もので、空気液化分離用空気を精製するにあたり、窒素
酸化物および／または炭化水素を効率よく除去すること
ができる精製装置および方法を提供することを目的とす
る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の空気液化分離用
空気の精製装置は、空気中に含まれる水分を選択的に吸
着する吸着剤からなる第１吸着層と、第１吸着層を経た
空気中の窒素酸化物および／または炭化水素を選択的に
吸着する吸着剤からなる第２吸着層とを備えた吸着筒を
有する吸着器を備え、第２吸着層を構成する吸着剤が、
イオン交換可能なカチオンとしてマグネシュームを含む
Ｘ型ゼオライトであることを特徴とする。第２吸着層を
構成する吸着剤は、ナトリュームＸ型ゼオライトのナト
リュームの一部または全部をマグネシュームにイオン交
換した吸着剤であることが好ましい。カチオン中のマグ
ネシュームのイオン交換率は、４０％以上とするのが好
ましい。第２吸着層を構成する吸着剤としては、イオン
交換可能なカチオンとしてマグネシュームとカルシュー
ムとを含むＸ型ゼオライトを用いることもできる。カチ
オン中のマグネシュームのイオン交換率は、５％以上と
するのが好ましい。第２吸着層を構成する吸着剤として
は、マグネシュームを含むＸ型ゼオライトに代えて、イ
オン交換可能なカチオンとしてカルシュームとマグネシ
ュームを含むＡ型ゼオライトを用いることができる。カ
チオン中のマグネシュームのイオン交換率は、５％以上
とするのが好ましい。本発明の精製装置では、第１吸着
層と第２吸着層との間に、空気中の二酸化炭素を選択的
に吸着する吸着剤からなる第３吸着層を設けることがで
きる。
【０００６】本発明の空気液化分離用空気の精製方法
は、空気中に含まれる水分を選択的に吸着する吸着剤か
らなる第１吸着層と、第１吸着層を経た空気中の窒素酸
化物および／または炭化水素を選択的に吸着する吸着剤
からなる第２吸着層とを備えた吸着筒を有する吸着器を
備え、第２吸着層を構成する吸着剤が、イオン交換可能
なカチオンとしてマグネシュームを含むＸ型ゼオライト
である精製装置を用い、原料空気中の水分を第１吸着層
で吸着除去した後、この空気中の窒素酸化物および／ま
たは炭化水素を第２吸着層で吸着除去することを特徴と
する。本発明の精製方法では、第２吸着層において、二
酸化炭素を吸着除去することもできる。本発明の精製方
法では、第１吸着層と第２吸着層との間に、空気中の二
酸化炭素を選択的に吸着する吸着剤からなる第３吸着層
が設けられた精製装置を用い、第１吸着層を経た空気中
の二酸化炭素を、第３吸着層で吸着除去することができ
る。
【０００７】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の空気液化分離用
空気の精製装置の第１の実施形態を示す系統図である。
ここに示す精製装置は、原料空気ＲAを圧縮する空気圧
縮機１と、圧縮された原料空気を冷却する冷却器２と、
原料空気中のドレン水を分離する水分離器３と、水分離
器３を経た原料空気中の不純物を除去する吸着器４と、
加熱器５とを主要な構成機器としている。符号６は、空
気液化分離装置を示す。
【０００８】水分離器３は、加圧により原料空気中の飽
和水を凝縮させ、凝縮水を分離することができるように
なっている。吸着器４は、第１および第２の吸着筒７、
８から構成されており、原料空気をこれら吸着筒７、８
のうちいずれかに導入することができるようになってい
る。この吸着器４は、一方の吸着筒で吸着処理を行う間
に、他方の吸着筒の再生処理を行うことができるように
構成され、吸着筒７、８を切り替え使用することによっ
て連続的に原料空気の精製を行うことができるようにな
っている。
【０００９】第１および第２の吸着筒７、８は、水分を
選択的に吸着可能な吸着剤からなる第１吸着層７ａ、８
ａと、窒素酸化物および／または炭化水素を選択的に吸
着可能な吸着剤からなる第２吸着層７ｂ、８ｂとを備え
ている。第２吸着層７ｂ、８ｂは、第１吸着層７ａ、８
ａに対し空気流通方向下流側に設けられている。
【００１０】第１吸着層７ａ、８ａを構成する吸着剤と
しては、アルミナゲル、シリカゲルを挙げることができ
る。第２吸着層７ｂ、８ｂを構成する吸着剤としては、
イオン交換可能なカチオンとしてマグネシュームを含む
Ｘ型ゼオライトを用いるのが好ましい。
【００１１】マグネシュームを含むＸ型ゼオライトとし
ては、ナトリュームＸ型ゼオライトのナトリュームの一
部または全部をマグネシュームにイオン交換したもの
（マグネシュームＸ型ゼオライトまたはナトリューム・
マグネシュームＸ型ゼオライト）が好適である。カチオ
ン中のマグネシュームのイオン交換率（イオン交換性カ
チオン中のマグネシュームの比率）は、４０％以上であ
ることが好ましい。なお、イオン交換率は、重量％で表
す。
【００１２】この吸着剤としては、イオン交換可能なカ
チオンとして、マグネシュームとカルシュームを含むも
の（マグネシューム・カルシュームＸ型ゼオライト）を
用いることもできる。カチオン中のマグネシュームのイ
オン交換率は、５％以上であることが好ましい。
【００１３】Ｘ型ゼオライトは、その骨格を構成するシ
リカとアルミナの比率（Ｓｉ／Ａｌ比）が約１．０から
１．５であることが知られており、特にＳｉ／Ａｌ比が
１．１５以下のものは慣習的に低シリカＸ型ゼオライト
（ＬＳＸ）と呼ばれている。本発明では、Ｘ型ゼオライ
トのＳｉ／Ａｌ比は特に限定されないが、Ｓｉ／Ａｌ比
が１．０〜１．５であるものを使用することができる。
【００１４】第２吸着層７ｂ、８ｂを構成する吸着剤と
しては、イオン交換可能なカチオンとして、カルシュー
ムおよびマグネシュームを含むＡ型ゼオライト（マグネ
シューム・カルシュームＡ型ゼオライト）を用いること
ができる。カチオン中のマグネシュームのイオン交換率
は、５％以上であることが好ましい。
【００１５】第２吸着層７ｂ、８ｂを構成する吸着剤と
しては、上記マグネシュームＸ型ゼオライト、ナトリュ
ーム・マグネシュームＸ型ゼオライト、マグネシューム
・カルシュームＸ型ゼオライト、マグネシューム・カル
シュームＡ型ゼオライトのうち１種を用いることもでき
るし、これらのうち２種以上を用いることもできる。
【００１６】次に、図１に示した精製装置を使用した場
合を例として、本発明の精製方法の第１の実施形態を説
明する。原料空気ＲAは、経路Ｌ１を経て圧縮機１で圧
縮され、冷却器２で所定の温度まで冷却され、水分離器
３において水分が除去された後、吸着器４に導入され
る。吸着器４では、この原料空気は、第１および第２の
吸着筒７、８のうちいずれか一方に導入される。以下、
原料空気が第１吸着筒７に導入される場合を例として説
明する。
【００１７】経路Ｌ２ａを通して吸着筒７に導入された
原料空気は、まず上流側の第１吸着層７ａに導入され、
原料空気中の水分が吸着除去される。第１吸着層７ａを
経た空気は、下流側の第２吸着層７ｂに導入され、ここ
で窒素酸化物および／または炭化水素が吸着除去され
る。第２吸着層７ｂでは、二酸化炭素も除去される。第
２吸着層７ｂを経た空気は、経路Ｌ３ａ、Ｌ４を通して
精製空気として空気液化分離装置６に導入され、ここで
低温蒸留され、窒素（Ｎ２）、酸素（Ｏ２）、アルゴン
（Ａｒ）などが分離される。
【００１８】以下、吸着器４の動作について詳しく説明
する。第１吸着筒７で吸着処理が行われている際には、
原料空気が導入されない第２吸着筒８で、吸着剤の再生
処理が行われる。第２吸着筒８における再生処理には、
空気液化分離装置６からの廃ガスが再生ガスとして用い
られる。すなわち、この廃ガスは、経路Ｌ５を経て加熱
器５で１００〜２５０℃に加温された後、経路Ｌ６、Ｌ
７ｂを経て第２吸着筒８に導入され、吸着剤を加温す
る。これによって、吸着剤に吸着された水、二酸化炭
素、窒素酸化物、炭化水素などが脱着し、吸着剤は再生
される。第２吸着筒８を経た廃ガスは、経路Ｌ８ｂ、Ｌ
９を通して排出される。
【００１９】第２吸着筒８の吸着剤の再生処理が終了し
た後には、空気液化分離装置６からの廃ガスを、加熱器
５を迂回する経路Ｌ１０を経て、経路Ｌ６、Ｌ７ｂを通
して第２吸着筒８に導入する。この廃ガスは加熱器５を
通らないため低温であることから、再生処理で加熱され
た吸着剤を冷却することができる。
【００２０】第１吸着筒７内の吸着剤が吸着飽和に近づ
くと、原料空気の第１吸着筒７への供給を停止し、原料
空気を経路Ｌ２ｂを通して第２吸着筒８に導入する。原
料空気は第１吸着層８ａで水分が除去され、第２吸着層
８ｂで窒素酸化物および／または炭化水素が除去された
後、経路Ｌ３ｂ、Ｌ４を通して精製空気として空気液化
分離装置６に導入される。
【００２１】第２吸着筒８で吸着処理が行われている際
には、空気液化分離装置６からの廃ガスが加熱器５で加
温された後、経路Ｌ６、Ｌ７ａを経て第１吸着筒７に導
入され、吸着剤を再生させる。第１吸着筒７を経た廃ガ
スは、経路Ｌ８ａ、Ｌ９を通して排出される。第１吸着
筒７の吸着剤の再生処理が終了した後には、空気液化分
離装置６からの廃ガスを、経路Ｌ１０、Ｌ６、Ｌ７ａを
通して第１吸着筒７に導入し、吸着剤を冷却することが
できる。このように、この精製方法では、一方の吸着筒
で吸着処理を行う間に、他方の吸着筒の再生処理を行
い、これら吸着筒７、８を切り替え使用することによっ
て連続的に原料空気の精製を行う。
【００２２】本実施形態の精製装置では、水分を選択的
に吸着する吸着剤からなる第１吸着層７ａ、８ａと、窒
素酸化物および／または炭化水素を選択的に吸着する吸
着剤からなる第２吸着層７ｂ、８ｂとを備えた吸着筒
７、８を有する吸着器４を備え、第２吸着層７ｂ、８ｂ
を構成する吸着剤が、マグネシュームＸ型ゼオライト、
ナトリューム・マグネシュームＸ型ゼオライト、マグネ
シューム・カルシュームＸ型ゼオライト、マグネシュー
ム・カルシュームＡ型ゼオライトのうち１種または２種
以上などであるので、窒素酸化物および／または炭化水
素を効率よく除去することができる。したがって、空気
液化分離装置６において、蒸留物中に窒素酸化物や炭化
水素が濃縮されるのを未然に防ぎ、安全性の向上を図る
ことができる。
【００２３】図２は、本発明の精製装置の第２の実施形
態を示すもので、ここに示す精製装置は、吸着筒７、８
の第１吸着層７ａ、８ａと第２吸着層７ｂ、８ｂとの間
に、二酸化炭素を選択的に除去可能な吸着剤からなる第
３吸着層７ｃ、８ｃが設けられている点で、図１に示す
精製装置と異なる。この精製装置では、第１実施形態の
精製装置と同様に、第２吸着層７ｂ、８ｂを構成する吸
着剤として、上述のマグネシュームＸ型ゼオライト、ナ
トリューム・マグネシュームＸ型ゼオライト、マグネシ
ューム・カルシュームＸ型ゼオライト、マグネシューム
・カルシュームＡ型ゼオライトのうち１種または２種以
上などを用いることができる。
【００２４】第３吸着層７ｃ、８ｃに用いられる吸着剤
としては、ナトリュームを含むＸ型ゼオライト（ナトリ
ュームＸ型ゼオライト）、ナトリュームを含むＡ型ゼオ
ライト（ナトリュームＡ型ゼオライト）、カルシューム
を含むＡ型ゼオライト（カルシュームＡ型ゼオライト）
を挙げることができる。
【００２５】次に、図２に示した精製装置を使用した本
発明の精製方法の第２の実施形態を説明する。この精製
装置を用いて原料空気ＲAの精製を行う際には、原料空
気は第１吸着層７ａ、８ａで水分が除去され、第３吸着
層７ｃ、８ｃで二酸化炭素が除去され、第２吸着層８
ａ、８ｂで窒素酸化物および／または炭化水素が除去さ
れた後、経路Ｌ３ａ、Ｌ３ｂ、Ｌ４を通して精製空気と
して空気液化分離装置６に導入される。
【００２６】本実施形態の精製装置では、第１実施形態
の精製装置と同様に、窒素酸化物および／または炭化水
素を効率よく除去することができる。したがって、空気
液化分離装置６において、蒸留物中に窒素酸化物や炭化
水素が濃縮されるのを未然に防ぎ、安全性の向上を図る
ことができる。さらに、本実施形態の精製装置では、第
１吸着層７ａ、８ａと第２吸着層７ｂ、８ｂとの間に、
二酸化炭素を吸着除去する第３吸着層７ｃ、８ｃが設け
られているので、空気中の二酸化炭素を除去した後に、
この空気を第２吸着層７ｂ、８ｂに供給することができ
る。したがって、第２吸着層７ｂ、８ｂにおける、窒素
酸化物および／または炭化水素の除去率を向上させるこ
とができる。
【００２７】本発明の精製装置では、水分除去用の水分
吸着層と、二酸化炭素除去用の二酸化炭素吸着層とを有
する吸着筒を備えた従来型の精製装置の二酸化炭素吸着
層よりも下流側に、上記吸着剤（ナトリューム・マグネ
シュームＸ型ゼオライトなど）からなる吸着層を設けた
構成も可能である。この場合には、既存の精製装置の吸
着筒に、上記吸着剤（ナトリューム・マグネシュームＸ
型ゼオライトなど）を追加充填することによって、本発
明の構成を得ることができるため、設備に要するコスト
を低く抑えることができる。
【００２８】
【実施例】（試験１）ナトリュームＸ型ゼオライト（Ｎ
ａＸ）を、マグネシュームイオンを含む溶液に３０分間
浸漬させるイオン交換処理を３回行い、イオン交換性カ
チオン中のマグネシューム含有率（マグネシュームのイ
オン交換率）が約６５％となった吸着剤（ＮａＭｇＸ）
を得た。さらに、イオン交換処理の回数や時間を調節す
ることによって、マグネシュームのイオン交換率を変え
た複数種の吸着剤（ＮａＭｇＸ）を作製した。
【００２９】これら吸着剤を用いて一酸化二窒素の吸着
試験を行った結果を図３に示す。図３より、マグネシュ
ームのイオン交換率が４０％以上において急激な吸着量
の増加が見られることから、マグネシュームのイオン交
換率を４０％以上とすることによって、一酸化二窒素に
関する吸着特性を向上させることができることがわか
る。
【００３０】（試験２）カルシュームＸ型ゼオライト
（ＣａＸ）を、マグネシュームイオンを含む溶液に３０
分間浸漬させるイオン交換処理を２０回行い、イオン交
換性カチオン中のマグネシューム含有率（マグネシュー
ムのイオン交換率）が約５５％となった吸着剤（ＭｇＣ
ａＸ）を得た。さらに、イオン交換処理の回数や時間を
調節することによって、マグネシュームのイオン交換率
を変えた複数種の吸着剤（ＭｇＣａＸ）を作製した。
【００３１】これら吸着剤を用いて一酸化二窒素の吸着
試験を行った結果を図４に示す。図４より、マグネシュ
ームのイオン交換率が増加するに従い、吸着量が増加す
ることがわかる。マグネシュームのイオン交換率が５％
以上で、明らかに有意な吸着量の増加が見られることか
ら、マグネシュームのイオン交換率を５％以上とするこ
とによって、一酸化二窒素に関する吸着特性を向上させ
ることができることがわかる。
【００３２】（試験３）カルシュームＡ型ゼオライト
（ＣａＡ）を、マグネシュームイオンを含む溶液に３０
分間浸漬させるイオン交換処理を２０回行い、イオン交
換性カチオン中のマグネシューム含有率（マグネシュー
ムのイオン交換率）が約５５％となった吸着剤（ＭｇＣ
ａＡ）を得た。さらに、イオン交換処理の回数や時間を
調節することによって、マグネシュームのイオン交換率
を変えた複数種の吸着剤（ＭｇＣａＡ）を作製した。
【００３３】これら吸着剤を用いて一酸化二窒素の吸着
試験を行った結果を図５に示す。図５より、マグネシュ
ームのイオン交換率が増加するに従い、吸着量が比例的
に増加することがわかる。マグネシュームのイオン交換
率が５％以上である場合に、イオン交換率０％の場合に
比べて１０％以上の吸着量増加が見られることから、マ
グネシュームのイオン交換率を５％以上とすることによ
って、一酸化二窒素に関する吸着特性を向上させること
ができることがわかる。
【００３４】（試験４）第２吸着層７ｂ、８ｂを構成す
る吸着剤（窒素酸化物および／または炭化水素を選択的
に吸着可能なもの）の吸着特性の評価試験を行った。こ
の試験では一酸化二窒素を窒素酸化物として用いた。一
酸化二窒素は空気中で０．３ｐｐｍ前後しか存在しない
微量成分であるため、空気中の分圧が低い。そこで、低
圧下における一酸化二窒素吸着量を測定した。各種吸着
剤に対し一酸化二窒素を吸着させ、これら吸着剤の一酸
化二窒素に関する吸着等温線を作成した。吸着試験の温
度条件は１０℃とした。得られた吸着等温線を図６に示
す。
【００３５】図６より、従来の精製装置に使用されてい
るナトリュームＸ型ゼオライト（ＮａＸ）に比べ、ナト
リューム・マグネシュームＸ型ゼオライト（ＮａＭｇ
Ｘ、マグネシュ-ム交換率６５％）、マグネシューム・
カルシュームＸ型ゼオライト（ＭｇＣａＸ、マグネシュ
ーム交換率５５％）は、一酸化二窒素の吸着量が高いこ
とがわかる。
【００３６】また図６より、ナトリュームＸ型ゼオライ
ト（ＮａＸ）に比べ、カルシュームＡ型ゼオライト（Ｃ
ａＡ）、マグネシューム・カルシュームＡ型ゼオライト
（ＭｇＣａＡ、マグネシューム交換率５５％）は、一酸
化二窒素の吸着量が高いことがわかる。また図６より、
カルシュームＡ型ゼオライト（ＣａＡ）に比べ、マグネ
シューム・カルシュームＡ型ゼオライト（ＭｇＣａＡ）
は、一酸化二窒素の吸着量が高いことがわかる。
【００３７】さらに図６より、ナトリュ−ム・マグネシ
ュームＸ型（ＮａＭｇＸ）は、カルシュームＡ型ゼオラ
イト（ＣａＡ）に比べ、工業的な精製処理条件に相当す
る低圧下（平衡圧力１．５Ｐａ以下）では一酸化二窒素
吸着量が多いことがわかる。
【００３８】以上より、カチオンとしてマグネシューム
を含んだＸ型またはＡ型ゼオライトの吸着剤を用いるこ
とによって、一酸化二窒素に対する優れた吸着特性を得
ることができることがわかる。
【００３９】（試験５）吸着対象を一酸化二窒素と二酸
化炭素として、次に示す吸着試験を行った。この試験で
は、吸着対象を含むガスを吸着層に接触させ、吸着層を
通過したガス中における吸着対象の濃度を測定した。図
７〜図９はナトリュームＸ型ゼオライト（ＮａＸ）の試
験結果を示すものである。図８は一酸化二窒素を吸着対
象とする破過曲線を示し、図９は二酸化炭素を吸着対象
とする破過曲線を示し、図７は、一酸化二窒素と二酸化
炭素を同時に吸着させたときの破過曲線を示す。図８お
よび図９より、二酸化炭素に比べ一酸化二窒素は破過す
るまでの時間が短いことがわかる。図７より、これら一
酸化二窒素と二酸化炭素を同時に吸着させた場合でも、
一酸化二窒素の破過が早かったことがわかる。よって、
従来の二酸化炭素除去用として使われているナトリュー
ムＸ型ゼオライト（ＮａＸ）を用いた場合には、二酸化
炭素と一酸化二窒素とを同時に効率よく吸着除去するこ
とは困難であることがわかる。
【００４０】（試験６）吸着対象を一酸化二窒素と二酸
化炭素として吸着試験を行った。試験方法は試験５に準
じた。図１０〜図１２はナトリューム・マグネシューム
Ｘ型ゼオライト（ＮａＭｇＸ、マグネシューム交換率６
５％）の試験結果を示すものである。図１１は一酸化二
窒素を吸着対象とする破過曲線を示し、図１２は二酸化
炭素を吸着対象とする破過曲線を示し、図１０は、一酸
化二窒素と二酸化炭素を同時に吸着させたときの破過曲
線を示す。図１１および図１２より、二酸化炭素の場合
と一酸化二窒素の場合を比較して、破過するまでの時間
に大きな差はないことがわかる。また一酸化二窒素の吸
着帯が比較的長いことがわかる。図１０より、一酸化二
窒素と二酸化炭素を同時に吸着させた場合、これら各成
分の破過時間は、各成分を単独で吸着させた場合（図１
１、１２を参照）とほぼ同等であることがわかる。また
一酸化二窒素の吸着帯が二酸化炭素の吸着の影響を受け
てやや短くなることがわかる。
【００４１】この試験結果から、ナトリューム・マグネ
シュームＸ型ゼオライト（ＮａＭｇＸ））を用いた場合
には、二酸化炭素と一酸化二窒素とを同時に吸着除去す
ることができることがわかる。このため、第１吸着層に
水分を選択的に吸着する吸着剤を用い、第２吸着層にナ
トリューム・マグネシューム-Ｘ型ゼオライト（ＮａＭ
ｇＸ）を用いることによって、水分、窒素酸化物、二酸
化炭素を効率的に除去することができる。
【００４２】（試験７）吸着対象を一酸化二窒素と二酸
化炭素として吸着試験を行った。試験方法は試験５に準
じた。図１３〜図１５はマグネシューム・カルシューム
Ａ型ゼオライト（ＭｇＣａＡ）の試験結果を示すもので
ある。図１４は一酸化二窒素を吸着対象とする破過曲線
を示し、図１５は二酸化炭素を吸着対象とする破過曲線
を示し、図１３は、一酸化二窒素と二酸化炭素を同時に
吸着させたときの破過曲線を示す。図１３より、一酸化
二窒素と二酸化炭素を同時に吸着させた場合、これら各
成分の破過時間は、各成分を単独で吸着させた場合（図
１４、１５を参照）とほぼ同等またはそれ以上となった
ことがわかる。この試験結果から、マグネシューム・カ
ルシュームＡ型ゼオライト（ＭｇＣａＡ）を用いた場合
には、二酸化炭素と一酸化二窒素とを同時に効率よく吸
着除去することができることがわかる。
【００４３】（実施例１）図２に示す精製装置を用い
て、次のようにして原料空気の精製を行った。吸着筒
７、８は、上流側から下流側に向けて、アルミナゲルか
らなる第１吸着層７ａ、８ａ、ナトリュームＸ型ゼオラ
イト（ＮａＸ）からなる第３吸着層７ｃ、８ｃ、ナトリ
ューム・マグネシュームＸ型ゼオライト（ＮａＭｇＸ）
からなる第２吸着層７ｂ、８ｂを備えた構成とした。原
料空気を、空気圧縮機１で５５０kＰaに圧縮し、冷却器
２で１０℃まで冷却した後、吸着器４において、原料空
気中の不純物（水分、二酸化炭素および窒素酸化物）を
吸着除去した。原料空気中の一酸化二窒素濃度は、０．
３ｐｐｍであった。吸着筒７、８は、４時間ごとに切り
替え使用した。この試験の結果、吸着器４からの導出ガ
ス中には、水分、二酸化炭素、一酸化二窒素が検出され
なかった。
【００４４】
【発明の効果】本発明の空気液化分離用空気の精製装置
では、空気中の水分を吸着する吸着剤からなる第１吸着
層と、窒素酸化物および／または炭化水素を吸着する吸
着剤からなる第２吸着層とを備えた吸着筒を有する吸着
器を備え、第２吸着層を構成する吸着剤が、イオン交換
可能なカチオンとしてマグネシュームを含むＸ型ゼオラ
イトであるので、窒素酸化物および／または炭化水素を
効率よく除去することができる。したがって、空気液化
分離装置において、蒸留物中に窒素酸化物や炭化水素が
濃縮されるのを未然に防ぎ、安全性の向上を図ることが
できる。
【００４５】また、第１吸着層と第２吸着層との間に、
二酸化炭素を吸着除去する第３吸着層を設けることによ
って、空気中の二酸化炭素を除去した後に、この空気を
第２吸着層に供給することができる。したがって、第２
吸着層における、窒素酸化物および／または炭化水素の
除去率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の空気液化分離用空気の精製装置の第
１の実施形態を示す概略系統図である。
【図２】 本発明の空気液化分離用空気の精製装置の第
２の実施形態を示す概略系統図である。
【図３】 ナトリュームＸ型ゼオライトでのマグネシュ
ーム交換率と一酸化二窒素吸着量との関係を示すグラフ
である。
【図４】 カルシュームＸ型ゼオライトでのマグネシュ
ーム交換率と一酸化二窒素吸着量との関係を示すグラフ
である。
【図５】 カルシュームＡ型ゼオライトでのマグネシュ
ーム交換率と一酸化二窒素吸着量との関係を示すグラフ
である。
【図６】 一酸化二窒素に関する吸着等温線を示すグラ
フである。
【図７】 ナトリュームＸ型ゼオライトの二酸化炭素と
一酸化二窒素に関する吸着破過曲線を示すグラフであ
る。
【図８】 ナトリュームＸ型ゼオライトの一酸化二窒素
に関する吸着破過曲線を示すグラフである。
【図９】 ナトリュームＸ型ゼオライトの二酸化炭素に
関する吸着破過曲線を示すグラフである。
【図１０】 ナトリューム・マグネシュームＸ型ゼオラ
イトの二酸化炭素と一酸化二窒素に関する吸着破過曲線
を示すグラフである。
【図１１】 ナトリューム・マグネシュームＸ型ゼオラ
イトの一酸化二窒素に関する吸着破過曲線を示すグラフ
である。
【図１２】 ナトリューム・マグネシュームＸ型ゼオラ
イトの二酸化炭素に関する吸着破過曲線を示すグラフで
ある。
【図１３】 マグネシューム・カルシュームＡ型ゼオラ
イトの二酸化炭素と一酸化二窒素に関する吸着破過曲線
を示すグラフである。
【図１４】 マグネシューム・カルシュームＡ型ゼオラ
イトの一酸化二窒素に関する吸着破過曲線を示すグラフ
である。
【図１５】 マグネシューム・カルシュームＡ型ゼオラ
イトの二酸化炭素に関する吸着破過曲線を示すグラフで
ある。
【符号の説明】
１・・・空気圧縮機、２・・・冷却器、３・・・水分離器、４・・・
吸着器、５・・・加熱器、６・・・空気液化分離装置、７、８
・・・吸着筒、７ａ、８ａ・・・第１吸着層、７ｂ、８ｂ・・・
第２吸着層、７ｃ、８ｃ・・・第３吸着層、ＲA・・・原料空
気
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 巽 泰朗 東京都港区西新橋１丁目16番７号 日本酸 素株式会社内 (72)発明者 川井 雅人 東京都港区西新橋１丁目16番７号 日本酸 素株式会社内 Ｆターム(参考） 4D012 BA02 CA05 CA06 CB16 CB17 CD01 CG01 CH02 4D047 AA08 AB01 AB02 BA01 BB03 DA03 4G066 AA61B AA62B CA28 CA35 CA51 DA03 FA37

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 空気を低温蒸留により主として窒素と酸
    素とに分離する空気液化分離に原料として用いられる空
    気を精製する装置であって、 空気中に含まれる水分を選択的に吸着する吸着剤からな
    る第１吸着層と、第１吸着層を経た空気中の窒素酸化物
    および／または炭化水素を選択的に吸着する吸着剤から
    なる第２吸着層とを備えた吸着筒を有する吸着器を備
    え、 第２吸着層を構成する吸着剤が、イオン交換可能なカチ
    オンとしてマグネシュームを含むＸ型ゼオライトである
    ことを特徴とする空気液化分離用空気の精製装置。
  2. 【請求項２】 第２吸着層を構成する吸着剤は、ナトリ
    ュームＸ型ゼオライトのナトリュームの一部または全部
    をマグネシュームにイオン交換した吸着剤であることを
    特徴とする請求項１記載の空気液化分離用空気の精製装
    置。
  3. 【請求項３】 カチオン中のマグネシュームのイオン交
    換率が、４０％以上であることを特徴とする請求項２記
    載の空気液化分離用空気の精製装置。
  4. 【請求項４】 第２吸着層を構成する吸着剤は、イオン
    交換可能なカチオンとしてマグネシュームとカルシュー
    ムとを含むＸ型ゼオライトであることを特徴とする請求
    項１記載の空気液化分離用空気の精製装置。
  5. 【請求項５】 カチオン中のマグネシュームのイオン交
    換率が、５％以上であることを特徴とする請求項４記載
    の空気液化分離用空気の精製装置。
  6. 【請求項６】 第２吸着層を構成する吸着剤として、マ
    グネシュームを含むＸ型ゼオライトに代えて、イオン交
    換可能なカチオンとしてカルシュームとマグネシューム
    を含むＡ型ゼオライトを用いることを特徴とする請求項
    １記載の空気液化分離用空気の精製装置。
  7. 【請求項７】 カチオン中のマグネシュームのイオン交
    換率が、５％以上であることを特徴とする請求項６記載
    の空気液化分離用空気の精製装置。
  8. 【請求項８】 第１吸着層と第２吸着層との間に、空気
    中の二酸化炭素を選択的に吸着する吸着剤からなる第３
    吸着層が設けられていることを特徴とする請求項１記載
    の空気液化分離用空気の精製装置。
  9. 【請求項９】 空気を低温蒸留により主として窒素と酸
    素とに分離する空気液化分離に原料として用いられる空
    気を精製する方法であって、 空気中に含まれる水分を選択的に吸着する吸着剤からな
    る第１吸着層と、第１吸着層を経た空気中の窒素酸化物
    および／または炭化水素を選択的に吸着する吸着剤から
    なる第２吸着層とを備えた吸着筒を有する吸着器を備
    え、第２吸着層を構成する吸着剤が、イオン交換可能な
    カチオンとしてマグネシュームを含むＸ型ゼオライトで
    ある精製装置を用い、 原料空気中の水分を第１吸着層で吸着除去した後、この
    空気中の窒素酸化物および／または炭化水素を第２吸着
    層で吸着除去することを特徴とする空気液化分離用空気
    の精製方法。
  10. 【請求項１０】 第２吸着層において、二酸化炭素を吸
    着除去することを特徴とする請求項９記載の空気液化分
    離用空気の精製方法。
  11. 【請求項１１】 第１吸着層と第２吸着層との間に、空
    気中の二酸化炭素を選択的に吸着する吸着剤からなる第
    ３吸着層が設けられた精製装置を用い、第１吸着層を経
    た空気中の二酸化炭素を、第３吸着層で吸着除去するこ
    とを特徴とする請求項９記載の空気液化分離用空気の精
    製方法。
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